Естественнонаучные основы современных технологий, Понятие техники и технологии.
В развитии техники и технологий материализуются и опредмечиваются естественнонаучные знания о законах и явлениях природы. В своем техническом творчестве человек-изобретатель не просто копирует природу, а именно изобретает, то есть создает такие артефакты, которые не имеют аналогов в природе, начиная с колеса и кончая лазером.
В истории техники и технологии выделяются следующие этапы развития: — техника ручного труда (инструменты), — техника машинного производства (механизмы), — техника автоматизированного труда (автоматы), — техника компьютерная (робототехника), связанная с информационными технологиями.
на этапе ручного труда
Научно-технический прогресс
научно-технической революцией
Сегодня влияние техники и новых технологий распространяется на органическую и неорганическую природу, на самые различные сферы общественной жизни. В области неорганической материи – это строительная техника, физико-химическая техника и технологии, энергетическая техника, электротехника, теплотехника, компьютерные и информационные технологии и т.д. В области органической, живой природы – это техника и технологии сельского хозяйства, а также биотехнологии, позволяющие включать в предметное поле техники всю биологию. В последнее время особое внимание уделяется развитию современных социальных технологий, которые связаны с техникой как умением, искусством руководства людьми, государством, общественными отношениями, политическими процессами и т.п. В то же время существует «техника» мышления, речи, дискутирования, памяти («мнемотехника»), техника рисунка, живописи, вязания, игры на музыкальных инструментах и т. д.
Поэтому в современном понимании техника и технология в широком их смысле представляют собой:
- область знания, выступающего в качестве связующего звена между практической деятельностью и теоретическим знанием;
- область человеческой деятельности (включая все возможные средства и процедуры), направленную на изменение природы и общества в соответствии с потребностями человека;
- совокупность умений и навыков, составляющих профессиональные особенности того или иного вида человеческой деятельности; искусство и мастерство человека, занимающегося этой деятельностью.
Техника и технология выражают стремление человека к преобразованию внутреннего и внешнего мира, природы для осуществления своих целей. А это требует знания и понимания процессов, происходящих в мире, в природе.
Современные технологии мотивации труда
... трудовой деятельности сегодня. Цель моей курсовой работы - рассмотреть современные технологии мотивации труда, определить методы мотивирования и их ... ресурсов, мобилизации имеющегося кадрового потенциала. Основная цель процесса мотивации - это получение максимальной отдачи ... от природы объекта управления в управлении этим объектом всегда участвует мотивация персонала. Мотивация персонала ...
наукоемких технологий
Современные биотехнологии
Для увеличения продуктов питания весьма важны искусственные вещества, содержащие белки, необходимые для жизнедеятельности живых организмов. Благодаря важнейшим достижениям биотехнологии в настоящее время производится в промышленных масштабах целая гамма искусственных питательных веществ, по многим свойствам превосходящих продукты естественного происхождения.
Современные методы биотехнологии позволяют превратить огромные количества отходов древесины, соломы и других остатков растительных продуктов в ценные питательные белки. Такие методы включают процесс гидролизации промежуточного продукта – целлюлозы – с последующей нейтрализацией образующейся глюкозы и введением солей. Полученный раствор глюкозы представляет собой питательный субстрат микроорганизмов – дрожжевых грибков. В результате жизнедеятельности микроорганизмов образуется светло–коричневый порошок – высококачественный пищевой продукт, содержащий около 50% белка–сырца и различные витамины. Питательной средой для дрожжевых грибков могут служить и такие содержащие сахар растворы, как, например, паточная барда и сульфитный щелок, образующийся при производстве целлюлозы. Для получения пищевых дрожжей в бывшем СССР в 1980 г. было переработано около 3 миллионов тонн древесных отходов.
Определенные виды грибков могут превращать нефть, мазут, природный газ в пищевую биомассу, богатую белками. Из 100 т неочищенного мазута с помощью грибков можно получить 10 т дрожжевой биомассы, содержащей 5 т чистого белка и 90 т дизельного топлива. Такое же количество дрожжей может быть получено из 50 т сухой древесины или 30 тыс. м. кв. природного газа. Для производства данного количества белка потребовалось бы стадо коров из 1000 голов, а для их содержания нужны огромные площади пахотных земель.
Промышленное производство белков полностью автоматизировано, и скорость роста дрожжевых культур в тысячи раз выше, чем крупного рогатого скота. 1 т пищевых дрожжей позволяет произвести около 800 кг свинины, 1,5 – 2,5 т птицы или 15–30 тыс. яиц и сэкономить при этом до 5 т зерна.
Искусственные белковые питательные вещества – продукция бурно развивающейся микробиологической промышленности. Эпохальным событием микробиологии можно считать разработку в 1947 году промышленного производства пенициллина. Двумя годами позже в Японии на основе глутаминовой кислоты путем биосинтеза были впервые получены аминокислоты. Затем стали производится антибиотики, витаминно-белковые добавки к продуктам питания, препараты ферментов, ростовые вещества (например, гибберелин), бактериологические удобрения, средства защиты растений, к сожалению, стало возможным производство бактериологического оружия.
Биологам удалось расшифровать механизм рекомбинации ДНК в ходе синтеза ферментов, тем самым биотехнологи получили возможность производить многие ферменты при сравнительно их невысокой себестоимости. Открываются пути совершенствования технологии получения биокатализаторов, не существующих в природе. К примеру, кукурузный, пшеничный крахмал и сахар вполне пригодны для ферментации. Они легко превращаются в глюкозу, и далее в более сладкую продукцию – фруктозу. Известны микроорганизмы, перерабатывающие глюкозу во многие полезные химические продукты (метан, ацетон, уксусную кислоту, молочную и акриловую кислоты и т.д.).
Технология производства сухих дрожжей
... орудий труда древнего человека. Первое упоминание об использовании человеком дрожжей, связанное с производством одной из разновидностей ... событием стало получение Хансеном чистой дрожжевой культуры из одной клетки в ... проверить общность многих концепций молекулярной генетики; 2) наличие полового процесса и ... Такие дрожжи известны как “сухие активные дрожжи” и представляют собой сферические ранулы около 1 ...
Для ферментации можно использовать относительно большой объем биомассы из отходов сельского и лесного производства.
Генные технологии.
К 1996 году установлены нуклеиновые последовательности 11 различных микроорганизмов, начиная от самой маленькой автономно размножающейся микроплазмы, содержащей всего 580 тысяч нуклеиновых пар. Среди них – и промышленные штаммы, и те, геном которых особо интересен для науки, в частности для обнаружения ранее неизвестных принципов организации геномов и для понимания механизмов эволюции микробов. Промышленные микробиологи в свою очередь убеждены, что знание нуклеотидных последовательностей геномов промышленных штаммов позволит «программировать» их на то, чтобы они приносили большой доход.
генетическое копирование ( клонирование ).
Учитывая достижения генетической инженерии и реальную возможность создания генетически измененных не только животных, но и человека, 29–я сессия Генеральной Конференции ЮНЕСКО в 1997 году приняла «Всеобщую декларацию о геноме человека и правах человека». В статье 11–ой этого документа говорится, что не следует допускать практику, противоречащую достоинству человека, в т.ч. практику клонирования в целях воспроизводства человеческой особи, «цель прикладного использования результатов научных исследований по геному человека, в т.ч. в области биологии, генетики и медицины, должна заключаться в уменьшении страданий людей и в улучшении состояния здоровья отдельного человека и всех людей». Совет Европы так же внес дополнения в Европейскую конвенцию о правах человека и биомедицине, которая гласит: «Запретить всякое вмешательство, преследующее цель создать человеческую особь, идентичную другой – живой или мертвой». Таким образом, современные генно-инженерные исследования все больше затрагивают интересы общества, а этические проблемы науки становятся важным компонентом научной деятельности не только биомедиков, но и этиков, философов, политиков и т.д.
Интеграция биологического и социо-гуманитарного знания. Естествознание и нравственность.
Так или иначе, ставятся под сомнение или ограничиваются некоторые виды этнографических исследований, эксперименты над человеческими зародышами и многое другое. До сих пор бунтуют противники вивисекции — операции на живом животном с целью изучения функций организма, действия на него различных веществ, разработки методов лечения и т.п. До сих пор спорят, нравственна ли пересадка органов.
Остается спорной правомерность евгеники — теории о наследственном здоровье человека и путях его улучшения. Прогрессивные ученые ставили перед евгеникой гуманные цели. Однако ее идеи использовались и для оправдания расизма. В современной науке многие проблемы евгеники, особенно борьба с наследственными заболеваниями, решаются в рамках генетики человека, в том числе и медицинской генетики.
Сказанное определяет лишь внешнюю, грубую форму воздействия морали на науку. В обществе, в котором преобладает рациональный, практический склад ума, и наука будет развиваться иначе, чем в обществе, где больше идеалистов и романтиков. Запрещающие барьеры при этом проходят в головах ученых, несущих в себе национальные или сословные следы.
Создание трансгенных животных
... распространению технологии получения трансгенных животных. В России первые трансгенные животные появились ... получения в достаточном количестве. Одним словом, получение трансгенных животных - востребованное направление науки. 1. Что такое трансгенные животные Трансгенные животные - это экспериментально полученные животные, ... животных. В то же время достижения генной инженерии позволили создавать генные ...
Влияние науки на мораль в обществе огромно, однако в нем никогда не было единогласия в вопросе об оценке этого влияния. С одной стороны, расширение горизонтов знания, разрушение унизительных предрассудков, обеспечение доступа к науке и культуре широчайшим кругам населения — все это имеет положительный нравственный оттенок. С другой — главный полигон науки испокон века до наших дней — война. Многие видели в науке воплощение зла и школу безнравственности. Сторонники науки в прошлых веках надеялись, что она поможет решить и нравственные проблемы. Противники же считали, что она уводит от религии, от духовности, иссушает души, порождает цинизм. Но, кажется, уже окончательно понятно, что из науки и особенно из естествознания трудно извлечь выводы о том, как надо и как не надо поступать. Взаимосвязь и сочетание естествознания как науки о природе и морали как правил нравственности — безусловно, сложный и многофакторный вопрос, в решении которого остается огромное поле деятельности. Ясно одно: естествознание вряд ли сможет претендовать на замещение морали.
генной инженерией
Но генная инженерия не ограничивается миром невидимых организмов. Она вторгается в наследственный материал растений и животных, прежде всего сельскохозяйственных. Например, картофель претерпел несколько полезных превращений. Получены клубни, не боящиеся падений, ударов — важное качество при транспортировке и хранении. Другой сорт — для стола, содержит мало крахмала, но много высокоценных протеинов. Третий сорт дает много крахмала.
Томаты, подвергнутые генетическим операциям, дали две разновидности. У одного вида из молекулы наследственности был удален ген, определяющий способность плода к быстрому загниванию. Новый помидор, уже хорошо созревший, можно хранить без холодильника до двадцати дней. Другая разновидность томатов содержит вдвое меньше воды. Это выгодно при транспортировке и переработке. С помощью генной инженерии получены не боящиеся заболеваний растения какао, стойкая к заморозкам клубника, кофейные зерна без кофеина. Пятьдесят сельскохозяйственных культур уже улучшены благодаря вмешательству человека в их наследственность. Достигнуты первые успехи и в животноводстве. Корректировка наследственности у свиньи позволила вывести новую породу животных, лишенных такого недостатка, как излишняя жирность, свинина становится диетическим мясом. Другое новшество: корова дает молоко, не скисающее в тот же или на следующий день, как обычно, потому что это молоко уже включает в себя консервирующие вещества, вырабатываемые самим организмом животного.
Лаборатории, занимающиеся генной инженерией, воодушевлены первыми удачами. Ученые уверены, что в недалеком времени они смогут передать сельскому хозяйству такое разнообразие растений и животных, улучшенных их методами, что можно будет удовлетворить все человечество продуктами питания. При этом речь идет не только о количестве, но и о качестве. Уже сегодняшние успехи генной инженерии убеждают, что люди в XXI в. не столкнутся с голодом. В конце 90-х годов ХХ столетия зашла речь о генетическом вмешательстве в структуры наследственной информации человека, его геном. Говорят не только о модификациях (изменениях) генома человека, но и о создании его точных копий (методы клонирования животных и человека).
Биотехнология и генная инженерия – технологии XXI века
... нервные иумственные расстройства), с помощью генной инженерии и биотехнологии станутдоступны и ... защите растений и биоорганической технологии с минимумомхимических удобрений. Решавшую ... случае — микроорганизмы, растительные или животные клетки, клеточныекомпоненты (мембраны клеток, рибосомы, ... традиционном,классическом, понимании биотехнология — это наука о методах и технологияхпроизводства различных ...
биологическая этика (биоэтика)
Перспективные материалы и технологии
естественнонаучный технический прогресс биотехнология
керамические, композиционные, тонкопленочные
Керамические материалы
Технология изготовления такого материала основана на внедрении тонкого волокна, состоящего из графитовых углеродных цепей, минеральных или углеводородных полимерных нитей, в обычный высокомолекулярный полимер, например в эпоксидную смолу. Полученный таким образом композиционный материал по прочности не уступает лучшим маркам конструкционной стали. Благодаря сравнительно высокому показателю прочность/масса такие материалы находят широкое применение для изготовления деталей и узлов авиационной и космической техники, автомобилей, судов и т.п.
комбинированный полимерный материал
тонкопленочных материалов
Наряду с перспективной микроэлектронной технологией в настоящее время интенсивно внедряется биотехнология, основанная на видоизменении структуры молекулы ДНК (сшивание нитями ДНК и т.д.). В микроэлектронной технологии уменьшить элементы интегральных схем до нанометровых размеров – это только полдела. Нужно еще соединять их между собой и с микроэлектродами. В осуществлении такой операции могут помочь нуклеиновые кислоты, поскольку в них четко проявляется молекулярная самосборка. В лаборатории уже удалось нитями ДНК связать наночастицы из золота в трехмерную решетку. Кроме того, из отрезка ДНК построили мостик, связывающий два электрода, а затем его использовали как матрицу, на которую из раствора осаждали серебро, так что получился проводящий металлический провод диаметром 100 нм, что значительно меньше размера широко применяемых сейчас в микроэлектронике электропроводящих полос. Приведенный пример показывает, как удачно могут сочетаться совершенно разные биотехнология и зарождающаяся наноэлекронная технология.
Микроэлектронные технологии.
Чипы изготавливаются из кремния высокой чистоты, в них целенаправленно имплантируют различные добавки для формирования элементов отдельных устройств, выполняющих вполне определенные функции: усиление, выпрямление или переключение сигналов, запоминание или воспроизведение информации. Решающую роль в изготовлении таких сложнейших систем играет тонкопленочная технология, включающая ряд последовательных операций
С помощью тонкопленочных органических слоев, чувствительных к излучению, в кремний избирательно вводятся легирующие примеси с образованием заданного рисунка электрической цепи. Легирование производится при высокой температуре, поэтому для защиты поверхности используется тонкая пленка диоксида кремния. Рисунок формируется с помощью органического материала – фоторезиста, в котором химические изменения инициируются световым потоком. Такие изменения приводят к разрыву (или образованию) ковалентных связей в светочувствительных химических группах, закрепленных на полимерной структуре. В результате происходит локальное увеличение (или уменьшение) растворимости фоторезиста в заданном растворителе. При пропускании света через маску засвечиваются лишь определенные области фоторезиста, которые удаляются (или остаются) после промывания растворителем. Затем производят вытравливание рисунка с последующим удалением фоторезиста.
Технология конструкционных материалов
... заготовки. При выборе заготовки учитывают: тип производства; материал заготовки; конфигурацию; размеры; элементы детали. Данная деталь — втулка — ... 12-14 Размеры заготовки. Разработка маршрутной технологии. При разработке маршрутной технологии руководствуются следующими принципами: 1. В ... неё, передаются черезтри отверстия диаметром 5мм. При помощи этих отверстий втулка крепится к корпусу, а ...
С применением излучения в видимой части спектра и специального высокочувствительного фоторезиста можно формировать рисунок электронной схемы с линейным размером 1-2 мкм. Однако при изготовлении элементов схемы, близких по размеру к длине волны света, равной 0,4 (для коротковолновой части спектра), начинают сказываться дифракционные эффекты. Их можно ослабить, пользуясь более коротковолновым излучением и чувствительными к нему резистивными материалами. Это означает, что дальнейший прогресс в микроэлектронике и ее трансформация в наноэлек-тронику возможны только с применением коротковолнового ультрафиолетового, рентгеновского излучения и даже электронных лучей, что, естественно, влечет за собой принципиальное техническое переоснащение сложного микроэлектронного технологического процесса.
Миниатюризация электронных устройств – характерная черта современной микроэлектроники. Миниатюрный размер электронного элемента современной схемы составляет около 1 мкм. Дальнейшее его уменьшение, как отмечалось, требует перехода к гораздо более сложной коротковолновой технологии. Возникает вопрос: нельзя ли найти другой путь решения данной проблемы? Один из таких путей предложен. Он основан на идее хранения и обработки информации с помощью отдельных молекул или молекулярных агрегатов, т.е. на идее создания молекулярного компьютера .
При трехмерной архитектуре применение молекулярных компонентов цепей с промежутком около 0,01 мкм обеспечило бы в миллионы раз большую плотность элементов, чем та, что реализуется в настоящее время. Такие цепи можно было создать из разнообразных молекул – от полностью синтетических электропроводящих полимеров до природных белков. Основные элементы памяти молекулярных компьютеров могли бы функционировать по принципу переменного заряда в полиэтилене или молекулярной ориентации в твердом теле. Молекулярный компьютер по своему устройству и функциям напоминает систему памяти, которой наделены многие живые существа. Создание молекулярного компьютера может показаться фантастической идеей. Но в свое время и полет на Луну, и расшифровка структуры ДНК, и многое другое было предметом научной фантастики.
